CN117778029A - 一种反式十氢化萘吲哚类液晶化合物及其制备方法 - Google Patents

一种反式十氢化萘吲哚类液晶化合物及其制备方法 Download PDF

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Abstract

本发明属于液晶材料技术领域,涉及一种反式十氢化萘吲哚类液晶化合物及其制备方法。本发明提供了一种反式十氢化萘吲哚类液晶化合物,具有如式(Ⅰ)所示的化学结构式。式(Ⅰ)化合物的制备包括式(Ⅱ)化合物通过格氏反应得到式(Ⅲ)化合物,式(Ⅲ)化合物氧化得到式(Ⅳ)化合物,式(Ⅳ)化合物通过费歇尔吲哚合成反应得到式(Ⅰ)化合物。本发明的制备方法操作简单,产品收率和纯度高,制备的反式十氢化萘吲哚类液晶化合物可应用于特种液晶材料。

Description

一种反式十氢化萘吲哚类液晶化合物及其制备方法
技术领域
本发明属于液晶材料技术领域,涉及一种反式十氢化萘吲哚类液晶化合物及其制备方法。
背景技术
随着液晶显示器的飞速发展,对液晶材料的性能例如工作温度范围、阈值电压、双折射率、介电各向异性以及响应速度等方面提出了越来越高的要求。现有的液晶材料分子中单环骨架(例如环己烷类、苯环类、嘧啶类)各自具有不同的光电性能优越性,但共同缺点是液晶相区间较窄,已经不能满足高档TFT(薄膜晶体管)型液晶显示的要求,因此寻求新型分子结构、相变温度范围宽、电学各向异性、光学各向异性等性能优越的液晶化合物已成为化学工作者关注的焦点。
发明内容
本发明的目的在于提供一种反式十氢化萘吲哚类液晶化合物及其制备方法,经过格氏、氧化和费歇尔吲哚合成该化合物,产品收率和纯度高,可应用于特种液晶材料。
为实现本发明的技术目的,一方面,本发明涉及一种反式十氢化萘吲哚类液晶化合物,具有如式(Ⅰ)所示的化学结构式:
式(Ⅰ)化合物中Fm表示氟取代,m表示氟取代个数,m的取值为1或2,R表示C3~C7直链烷基。
另一方面,本发明涉及一种反式十氢化萘吲哚类液晶化合物的制备方法,包括:式(Ⅱ)化合物通过格氏反应得到式(Ⅲ)化合物,式(Ⅲ)化合物氧化得到式(Ⅳ)化合物,式(Ⅳ)化合物通过费歇尔吲哚合成反应得到式(Ⅰ)化合物;
所述化合物的具体结构如下:
进一步地,本发明提供一种反式十氢化萘吲哚类液晶化合物的制备方法,所述式(Ⅱ)化合物通过格氏反应得到式(Ⅲ)化合物的具体步骤包括:将式(Ⅱ)化合物加入THF中搅拌,降温至0~-30℃,滴加甲基格氏试剂,酸破坏,反应0.5~2h得到式(Ⅲ)化合物。
进一步地,本发明提供反式十氢化萘吲哚类液晶化合物的制备方法,所述甲基格氏试剂为溴甲基格氏试剂或氯甲基格氏试剂;所述甲基格氏试剂与式(Ⅱ)化合物的摩尔比为1~2:1。
进一步地,本发明提供反式十氢化萘吲哚类液晶化合物的制备方法,所述酸为盐酸、硫酸和磷酸中的一种,所述酸与甲基格氏试剂的摩尔比为1:1。
进一步地,本发明提供反式十氢化萘吲哚类液晶化合物的制备方法,所述式(Ⅲ)化合物氧化得到式(Ⅳ)化合物的具体步骤包括:将式(Ⅲ)化合物与溶剂、氧化剂混合,在40~80℃下反应4~10h,得到式(Ⅳ)化合物。
进一步地,本发明提供反式十氢化萘吲哚类液晶化合物的制备方法,所述氧化剂为CrO3/H2SO4或PCC。
进一步地,本发明提供反式十氢化萘吲哚类液晶化合物的制备方法,式(Ⅲ)化合物氧化得到式(Ⅳ)化合物的具体步骤中溶剂为氯仿、二氯乙烷、三氯甲烷和丙酮中的任一一种。
进一步地,本发明提供反式十氢化萘吲哚类液晶化合物的制备方法,所述式(Ⅳ)化合物通过费歇尔吲哚合成反应得到式(Ⅰ)化合物的具体步骤包括:将式(Ⅳ)化合物、氟代苯肼、酸和溶剂混合,在50~150℃下反应5~10h,得到式(Ⅰ)化合物。
进一步地,本发明提供反式十氢化萘吲哚类液晶化合物的制备方法,式(Ⅳ)化合物通过费歇尔吲哚合成反应得到式(Ⅰ)化合物的具体步骤中溶剂为DMSO或二氧六环;进一步地,所述酸为硫酸、多聚磷酸和乙酸中的一种。
进一步地,本发明提供反式十氢化萘吲哚类液晶化合物的制备方法,所述氟代苯肼选自:
所述氟代苯肼与式(Ⅳ)化合物的摩尔比为1:1。
另一方面,本发明制备的液晶化合物分子结构新颖、相变温度范围宽、电学各向异性、光学各向异性等性能优越。由此,本发明请求保护液晶化合物在液晶材料领域中的应用。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果或者优点:
本发明以烷基反式十氢化萘-反式环己烷-1-甲醛为原料,进行格氏、氧化、费歇尔吲哚合成等反应,合成该化合物,操作简单,产品收率和纯度高,该化合物是向列相液晶化合物,具有相变温度范围宽、电学各向异性、光学各向异性等优异性能,可用于特种液晶材料。
附图说明
图1为实施例1制备的液晶化合物的H-NMR图谱。
图2为实施例2制备的液晶化合物的H-NMR图谱。
图3为实施例3制备的液晶化合物的H-NMR图谱。
图4为实施例2制备的液晶化合物的差示扫描量热曲线图。
图5为实施例2制备的液晶化合物在温度为106℃的液晶态纹影织构图。
图6为实施例2制备的液晶化合物在温度为100℃的液晶态纹影织构图。
具体实施方式
下面,结合实施例对本发明的技术方案进行说明,但是,本发明并不限于下述的实施例。
为了使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案能予以实施,下面结合具体实施例和附图对本发明作进一步说明,但所举实施例不作为对本发明的限定。
下述各实施例中所述实验方法和检测方法,如无特殊说明,均为常规方法;所述试剂和材料,如无特殊说明,均可在市场上购买得到。
实施例1
本实施例提供4-氟-2-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-丙基十氢萘-2-基)环己基)-1H-吲哚的制备方法,其结构式如下所示:
将(1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-丙基十氢萘-2-基)环己烷-1-甲醛29g加入300mL THF中,搅拌,降温至-10℃,滴加溴甲基格氏试剂0.15mol,反应1h后,加入盐酸15mL,浓缩,EA(丙烯酸乙酯)提取,浓缩乙醇重结晶制备成1-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-丙基十氢萘-2-基)环己基)乙烷-1-醇22.3g,收率72.8%,纯度97.2%。其中(1R,4r)-4-
((2R,4aS,6S,8aR)-6-丙基十氢萘-2-基)环己烷-1-甲醛的结构式如下:
将1-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-丙基十氢萘-2-基)环己基)乙烷-1-醇15.3g加入150mL丙酮、5gCrO3/硫酸5g,55℃反应5h后,EA提取,浓缩重结晶制备成1-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-丙基十氢萘-2-基)环己基)乙烷-1-酮12.9g,收率:84.9%,纯度98.3%。其中将1-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-丙基十氢萘-2-基)环己基)乙烷-1-醇的结构式如下:
在氮气保护下,将1-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-丙基十氢萘-2-基)环己基)乙烷-1-酮10g、4-氟代苯肼4.14g、50%浓硫酸10ml、加入到100ml二氧六环中,搅拌,60℃反应8h,反应完全后,EA提取,浓缩重结晶制备成4-氟-2-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-丙基十氢萘-2-基)环己基)-1H-吲哚8.56g,收率:63.1%,纯度99.1%。H-NMR见图1,表征结果为1H-NMR(500MHz,Chloroform-d)δ9.29(s,1H),7.39(ddd,J=7.2,4.9,2.3Hz,2H),7.09-7.02(m,1H),6.46-6.34(m,1H),3.02-2.94(m,1H),2.08-1.95(m,2H),1.88-1.77(m,4H),1.71(ddt,J=12.3,7.9,5.4Hz,2H),1.66-1.58(m,1H),1.58-1.53(m,1H),1.53-1.39(m,10H),1.39-1.30(m,5H),1.30-1.25(m,1H),0.89(td,J=7.0,1.5Hz,3H)。其中1-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-丙基十氢萘-2-基)环己基)乙烷-1-酮的结构式如下:
实施例2
本实施例提供4、5-二氟-2-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-戊基十氢萘-2-基)环己基)-1H-吲哚的制备方法,其结构式如下所示:
将(1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-戊基十氢萘-2-基)环己-1-甲醛31.8g加入300mL THF中,搅拌,降温至-20℃,滴加溴甲基格氏试剂0.2mol,反应3h后,加入盐酸20mL,浓缩,EA提取,浓缩乙醇重结晶制备成1-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-戊基十氢萘-2-基)环己基)乙烷-1-醇25.0g,收率75.0%,纯度97.7%。其中(1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)
-6-戊基十氢萘-2-基)环己-1-甲醛的结构式如下:
将1-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-戊基十氢萘-2-基)环己基)乙烷-1-醇20.0g加入二氯乙烷200mL、PCC(氯铬酸吡啶)26.2g,70℃反应5h后,EA提取,浓缩重结晶制备成1-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-戊基十氢萘-2-基)环己基)乙烷-1-酮15.8g,收率79.4%,纯度98.4%。其中1-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-戊基十氢萘-2-基)环己基)乙烷-1-醇的结构式如下:
在氮气保护下,将1-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-戊基十氢萘-2-基)环己基)乙烷-1-酮10g,3、4-二氟代苯肼4.33g,75%浓硫酸10mL,加入到100mlDMSO中,搅拌,100℃反应8h。反应完全后,EA提取,浓缩重结晶制备成3、4-二氟-2-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-戊基十氢萘-2-基)环己基)-1H-吲哚7.83g,收率59.3%,纯度99.2%。H-NMR图谱见图2,表征结果为1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ9.44(s,1H)7.62(ddd,J=8.1,5.0,2.2Hz,1H),7.19(dd,J=8.0,5.0Hz,1H),6.41(d,J=2.4Hz,1H),3.02-2.94(m,1H),2.05-1.97(m,1H),1.88-1.77(m,4H),1.71(ddt,J=12.3,7.9,5.4Hz,2H),1.66-1.58(m,1H),1.58-1.22(m,26H),0.94-0.85(m,3H)。其中1-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-戊基十氢萘-2-基)环己基)乙烷-1-酮的结构式如下:
实施例3
本实施例提供4-氟-2-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-庚基十氢萘-2-基)环己基)-1H-吲哚的制备方法,其结构式如下所示:
将(1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-庚基十氢萘-2-基)环己-1-甲醛34.6g加入300mLTHF中,搅拌,降温至-20℃,滴加溴甲基格氏试剂0.1mol,反应2h后,加入盐酸20ml,浓缩,EA提取,浓缩乙醇重结晶制备成1-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-庚基十氢萘-2-基)环己基)乙烷-1-醇27.6g,收率76.3%,纯度96.8%。其中(1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)
-6-庚基十氢萘-2-基)环己-1-甲醛的结构式如下:
将1-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-庚基十氢萘-2-基)环己基)乙烷-1-醇25.0g加入二氯乙烷250mL、PCC14.8g,80℃反应5h后,EA提取,浓缩重结晶制备成1-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-庚基十氢萘-2-基)环己基)乙烷-1-酮18.3g,收率:73.4%,纯度97.4%。其中1-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-庚基十氢萘-2-基)环己基)乙烷-1-醇的结构式如下:
在氮气保护下,将1-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-庚基十氢萘-2-基)环己基)乙烷-1-酮15g、4-氟苯肼5.3g、75%浓硫酸10mL、加入到DMSO:100ml中,搅拌,100℃反应8h,反应完全后,EA提取,浓缩重结晶制备成4-氟-2-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-庚基十氢萘-2-基)环己基)-1H-吲哚9.1g,收率:48.4%,纯度99.1%。H-NMR图谱见图3,表征结果为1H NMR(500MHz,Chloroform-d)δ9.29(s,1H),7.39(ddd,J=7.2,5.0,2.3Hz,2H),7.09-7.02(m,1H),6.46-6.35(m,1H),3.02-2.94(m,1H),2.04-1.97(m,2H),1.88-1.77(m,4H),1.71(ddt,J=12.3,7.9,5.4Hz,2H),1.66-1.58(m,1H),1.58-1.33(m,15H),1.33-1.27(m,12H),1.27-1.19(m,2H),0.94-0.85(m,3H)。其中1-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-庚基十氢萘-2-基)环己基)乙烷-1-酮的结构式如下:
实施例2制备的5-氟-2-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-戊基十氢萘-2-基)环己基)-1H-吲哚采用DSC-60型差示扫描量热仪、XPN-300E型热台偏光显微镜进行性能及液晶态织构表征。由图4可见,制备的5-氟-2-((1R,4r)-4-((2R,4aS,6S,8aR)-6-戊基十氢萘-2-基)环己基)-1H-吲哚在升温和降温过程中都具有液晶相,液晶相区间为熔点:77℃;清亮点:127℃。图5为实施例2制备的液晶化合物在温度为106℃的液晶态纹影织构图;图6为实施例2制备的液晶化合物在温度为100℃的液晶态纹影织构图。本发明制备的液晶化合物具有典型的向列相纹影织构。
如上所述,即可较好地实现本发明,上述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述,并非对本发明的范围进行限定,在不脱离本发明设计精神的前提下,本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种改变和改进,均应落入本发明确定的保护范围内。

Claims (10)

1.一种反式十氢化萘吲哚类液晶化合物,具有如式(Ⅰ)所示的化学结构式:
式(Ⅰ)化合物中Fm表示氟取代,m表示氟取代个数,m的取值为1或2,R为C3~C7直链烷基。
2.一种反式十氢化萘吲哚类液晶化合物的制备方法,其特征在于,包括:式(Ⅱ)化合物通过格氏反应得到式(Ⅲ)化合物,式(Ⅲ)化合物氧化得到式(Ⅳ)化合物,式(Ⅳ)化合物通过费歇尔吲哚合成反应得到式(Ⅰ)化合物;
所述化合物的具体结构如下:
3.根据权利要求2所述的反式十氢化萘吲哚类液晶化合物的制备方法,其特征在于,所述式(Ⅱ)化合物通过格氏反应得到式(Ⅲ)化合物的具体步骤包括:将式(Ⅱ)化合物加入THF中搅拌,降温至0~-30℃,滴加甲基格氏试剂,酸破坏,反应0.5~2h得到式(Ⅲ)化合物。
4.根据权利要求3所述的反式十氢化萘吲哚类液晶化合物的制备方法,其特征在于,所述甲基格氏试剂为溴甲基格氏试剂或氯甲基格氏试剂;所述甲基格氏试剂与式(Ⅱ)化合物的摩尔比为1~2:1。
5.根据权利要求3所述的反式十氢化萘吲哚类液晶化合物的制备方法,其特征在于,所述酸为盐酸、硫酸和磷酸中的一种,所述酸与甲基格氏试剂的摩尔比为1:1。
6.根据权利要求2所述的反式十氢化萘吲哚类液晶化合物的制备方法,其特征在于,所述式(Ⅲ)化合物氧化得到式(Ⅳ)化合物的具体步骤包括:将式(Ⅲ)化合物与溶剂、氧化剂混合,在40~80℃下反应4~10h,得到式(Ⅳ)化合物。
7.根据权利要求6所述的反式十氢化萘吲哚类液晶化合物的制备方法,其特征在于,所述氧化剂为CrO3和H2SO4混合物或PCC。
8.根据权利要求2所述的反式十氢化萘吲哚类液晶化合物的制备方法,其特征在于,所述式(Ⅳ)化合物通过费歇尔吲哚合成反应得到式(Ⅰ)化合物的具体步骤包括:将式(Ⅳ)化合物、氟代苯肼、酸和溶剂混合,在50~150℃下反应5~10h,得到式(Ⅰ)化合物。
9.根据权利要求8所述的反式十氢化萘吲哚类液晶化合物的制备方法,其特征在于,所述氟代苯肼选自:
所述氟代苯肼与式(Ⅳ)化合物的摩尔比为1:1。
10.权利要求1所述的反式十氢化萘吲哚类液晶化合物在液晶材料领域中的应用。
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